Висячие трубопроводы
реклама
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный нефтяной технический университет Кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа» КОНСТРУКЦИИ НАДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Отчет По второй учебной практике Студент группы МТ-10-02 ______________ Р.Р.Басыров Руководитель ______________ Нургалеев Уфа 2012 Содержание Введение……………………………………………………………………… 3 1 Балочные переходы……………………………………………………….. 4 2 Монтаж балочных переходов……………………………………………. 8 3 Висячие трубопроводы…………………………………………………… 10 4 Арочные переходы…………………………………………………………19 Заключение…………………………………………………………………… 22 Список используемых источников…………………………………………..23 2 Введение Надземный для прокладки переход — трубопровода трубопроводный через комплекс естественные или сооружений искусственные препятствия (овраги, малые реки с крутыми берегами, каналы и арыки, горные реки с блуждающим руслом, горные выработки, оползни, многолетнемерзлые грунты, автомобильные и железные дороги и т. п.). Надземные переходы магистральных трубопроводов в зависимости от конструктивной схемы перекрытия пролетов бывают балочные, висячие и арочные. Их применяют на переходах через небольшие реки, овраги, балки. В балочном надземном переходе пролетным строением является самонесущая труба. Висячие переходы по конструкции могут быть: гибкие, провисающая нить и Байтовые. В гибких висячих системах газопровод прикрепляют с помощью подвесок к одному или нескольким несущим тросам, перекинутым через пилоны. В системе провисающая нить газопровод свободно провисает под действием собственной массы и массы газа. В вантовых системах трубопровод удерживается в проектном положении с помощью наклонных тросов или жестких ферм. Арочные переходы обычно применяют при пересечении каналов. Они состоят из жестких арочных конструкций. 3 1 Балочные переходы Балочные переходы трубопроводов — сооружаются на опорах при пересечении водных и других преград, при прокладке трубопроводов на заболоченных, обводнённых, многолетнемёрзлых грунтах. Балочные переходы трубопроводов осуществляют по двум конструктивным схемам — без компенсации и с компенсацией продольных деформаций. Балочные переходы трубопроводов без компенсации продольных деформаций укладывают на промежуточных свайных или монолитных опорах с продольно-подвижными опорными частями, допускающими перемещение трубопровода лишь вдоль оси. Концы засыпают открытого грунтом (в участка балочных мягких грунтах переходов под трубы трубопроводов подкладывают железобетонные плиты). Отсутствие перемещений вызывает возникновение продольных напряжений, возрастающих с увеличением температуры стенок труб и внутреннего давления в трубопроводе. Такие балочные переходы трубопроводов сооружают при пересечении горных рек, ущелий, оврагов и других преград. Балочные переходы трубопроводов с компенсацией продольных деформаций имеют специальные устройства (компенсаторы), устанавливаемые на концах надземных участков трубопроводов длиной до 200-300 м, а при большей длине также дополнительно через каждые 100-300 м. При сооружении таких балочных переходов трубопроводов используют опоры с неподвижными, свободноподвижными и продольноподвижными опорными частями различных модификаций (роликовые, катковые, скользящие и др.). Средние между компенсаторами опоры имеют неподвижные опорные части, ближние к компенсаторам — свободноподвижные, допускающие поперечные и продольные перемещения, остальные — продольно- подвижные. Для компенсации продольных 4 деформаций применяют трубопроводов с изгибом также прокладку (изломом) в плане балочных отдельных переходов участков трубопровода. Изгиб или излом осуществляют с помощью криволинейных отводов или вставок-отводов, изготовленных в заводских условиях либо методом холодного гнутья на месте сооружения трубопровода. Расстояние между опорами в системах балочных переходов трубопроводов с компенсацией зависит от диаметра труб, числа пролётов, принятой схемы прокладки и от природных условий. На газопроводах диаметром труб 7001400 мм расстояние между опорами обычно 30-50 м, на нефте- и нефтепродуктопроводах 25-40 м. При необходимости учёта резонансных колебаний в ветровом потоке в многопролётных балочных переходах трубопроводов с диаметром труб 700-1400 мм расстояние между опорами 2540 метров. Балочные переходы трубопроводов с компенсацией продольных деформаций прокладывают в районах с обводнёнными, заболоченными и вечномёрзлыми грунтами. Pисунок 1- Балочный переход трубопровода без компенсации 5 деформаций: a - однопролётный; б - двухпролётный наклонный; в трехпролётный Балочный (1 переход - опора; трубопровода 2 без насыпь). - компенсации продольных деформаций укладывают на промежуточных свайных или монолитных опорах c продольно-подвижными опорными частями, допускающими перемещение трубопровода лишь вдоль оси. Kонцы открытого участка балочного перехода трубопровода засыпают грунтом (в мягких грунтах под трубы подкладывают железобетонные плиты). Отсутствие перемещений вызывает возникновение продольных напряжений, возрастающих c увеличением температуры стенок труб и внутреннего давления в трубопроводе. Tакие балочные переходы трубопровода сооружают при пересечении горных рек, ущелий, оврагов и др. преград. Переходы c компенсацией продольных деформаций имеют спец. устройства (компенсаторы), устанавливаемые на концах надземных участков трубопроводов дл. до 200-300 м, a при большей длине также дополнительно через каждые 100-300 м. При сооружении таких переходов используют опоры c неподвижными, свободно-подвижными и продольно-подвижными опорными частями разл. модификации (роликовые, катковые, скользящие и др.). Cредние между компенсаторами опоры имеют неподвижные опорные части, ближние к компенсаторам - свободно-подвижные, допускающие поперечные и продольные перемещения, остальные - продольно- подвижные. Для компенсации продольных деформаций применяют также прокладку балочных переходов трубопровода c изгибом (изломом) в плане участков трубопровода. Изгиб или излом осуществляют c помощью криволинейных отводов или вставок-отводов, изготовленных в заводских условиях либо методом холодного гнутья на месте сооружения трубопровода. Pасстояние между опорами в системах балочных переходов c компенсацией зависит от диаметра труб, числа пролётов, принятой схемы прокладки и от природных условий. Ha газопроводах диаметром труб 700-1400 мм расстояние между 6 опорами обычно 30-50 м, на нефте- и нефтепродуктопроводах 25-40 м. При необходимости учёта резонансных колебаний в ветровом потоке в многопролётных балочных переходов c диаметром труб 700-1400 мм расстояние между опорами 25-40 м. Переходы с компенсацией продольных деформаций прокладывают в районах c обводнёнными, заболоченными и вечномёрзлыми грунтами. 7 2 Монтаж балочных переходов Балочные переходы монтируют в два этапа. Сначала возводят опоры, потом надвижкой или подъемом монтируют трубопровод. Плети длиной, кратной расстоянию между опорами, готовят на берегах перехода или на заготовительных заводах. Метод надвижки состоит в том, что плети на катках лебедками (тяговой и тормозной) надвигают на опоры. Если же монтаж ведут методом подъема, плети доставляют непосредственно к опорам перехода автомобильным, железнодорожным или водным транспортом (в зависимости от условий строительства), затем кранами укладывают в проектное положение. Строительство вантовых переходов начинают с устройства береговых опор — пилонов. Затем на верхних ригелях пилонов в опорные гнездабашмаки укладывают рабочие канаты. Несущие и ветровые канаты перед навеской на пилоны предварительно растягивают на специальных стендах, размечают места крепления подвесок, выкладывают вдоль перехода на поплавки и лишь тогда поднимают в проектное положение (сначала на один пилон, затем на другой). После натяжения и закрепления в якорях несущих канатов монтируют подвески вантовой системы одновременно справа и слева перехода. После замыкания вантовой системы и закрепления всех ее элементов монтируют трубопровод. Готовые блоки трубопровода из двух плетей длиной до 40 м скрепляют между собой жесткими связями и подают в зону монтажа на баржах или понтонах. Монтируют переход одновременно с правого и левого берега, равномерно и последовательно загружая несущие канаты. В проектное положение блоки трубопроводов поднимают с барж системой полиспастов, прикрепленных к несущему канату перехода; береговые блоки монтируют методом надвижки при помощи тех же 8 полиспастов. Закрепленные в проектном положении блоки центруют и сваривают. По мере удаления от берега трубопровод раскрепляют береговыми расчалками. Окончив монтаж, выверяют стрелу прогиба несущих канатов и положение пилонов, окончательно закрепляют все соединения вантовой системы, навешивают ветровые канаты, выверяют ось перехода и гидравлическими домкратами натягивают, а затем закрепляют оттяжки системы. В заключение проводят гидравлическое или пневматическое испытание трубопровода, окрашивают его или устраивают тепловую изоляцию. В переходах в виде висячей трубы механическая прочность труб на растяжение используется в наибольшей степени. Такие переходы могут быть одно- и многопролетными, с береговыми пилонами и без них — с якорями (при пересечении ущелий). Устраивают такие переходы из труб диаметром до 300 мм для пролетов 200...300 м при стреле прогиба от 1/20 до х/40 длины пролета. Навеску труб на пилоны осуществляют методом подъема или надвижки. В обоих случаях сначала устанавливают пилоны высотой 25...30 м и массивные железобетонные якоря с прикрепленными к ним стальными оттяжками. Затем монтируют стояки с компенсационными петлями трубопровода. Между пилонами на поплавках или временных опорах (в зависимости от условий строительства) выкладывают плеть перехода трубопровода. При монтаже методом подъема синхронно действующими на обоих пилонах полиспастами плеть поднимают в проектное положение, соединяют с узлами подвесок и трубопроводом. Если же монтаж ведется методом надвижки, между вершинами пилонов на отводных блоках натягивают временный монтажный трос, а к заранее заготовленной и уложенной у одного из пилонов плети крепят тяговый трос и через каждые 14... 15 м на жестких стойках — ролики. Оба 9 троса перебрасывают через отводные блоки, закрепленные на вершинах пилонов, к тягачу на противоположном берегу. Затем двумя — четырьмя кранами-трубоукладчиками поднимают и подают плеть так, чтобы она перемещалась к противоположному пилону, опираясь роликами на монтажный трос. Плети придают проектный профиль, прикрепляют ее к подвескам пилонов и сваривают в одну нить с участками трубопровода по обе стороны перехода. 10 3 Висячие трубопроводы Висячие трубопроводы— разновидность надземных переходов трубопроводов, в которых трубы подвешиваются к несущим элементам — канатам, вантам, цепям и т.п.; сооружаются при пересечении ущелий, водных и других преград шириной более 50-60 м. Известны висячие трубопроводы с длиной пролёта до 200-400 м и более. Различают висячие трубопроводы гибкие, вантовые и в виде провисающей нити. Гибкие висячие трубопроводы выполняются с помощью подвесок, прикрепляемых к одному или нескольким несущим канатам, перекинутым через пилоны. Одноцепной вариант системы обладает малой жёсткостью и при динамических воздействиях легко приходит в колебательное движение; более жёсткой является двухцепная система. В вантовых висячих трубопроводах для крепления используют наклонные канатные оттяжки — ванты или канатные фермы. В таких схемах все элементы, как правило, работают только на растяжение и образуют геометрически неизменяемую систему. Висячие трубопроводы, выполненные по этой схеме, обладают значительно большей вертикальной жёсткостью, чем гибкие. Висячие трубопроводы в виде провисающей Эта нити система сооружаются наиболее на пилонах экономична, но (или обладает без них). наименьшей жёсткостью. В ней металл труб напряжён значительно больше, чем в гибких и вантовых системах, и возникают большие колебания под воздействием ветрового потока. Сооружаются также комбинированные системы, например, одноцепные Висячие гибкие с дополнительными трубопроводы (всех систем) наклонными вантами. могут одно- быть и многопролётными с одинаковыми и разными по длине пролётами. При разной длине пролётов усилия в несущих канатах (или вантах) во всех пролётах должны быть примерно одинаковыми. Это достигается выбором 11 определённого соотношения между высотой пилонов и стрелкой провисания канатов: при коротких пролётах отношение стрелки провисания к длине пролёта меньше. Это отношение обычно задают в пределах от 1/6 до 1/14. Усилия, возникающие в несущих канатах, воспринимаются анкерными опорами. При пролётах небольшой длины горизонтальные составляющие усилий в канатах могут восприниматься самим трубопроводом. Пилоны висячих трубопроводов выполняются: жёсткими, заделанными в опоры (обычно с подвижными опорными частями для крепления канатов); гибкими, жёстко связанными с опорами (с неподвижным креплением канатов к вершинам опор); качающимися, шарнирно соединёнными с опорами, с неподвижным креплением канатов к вершинам опор. Сооружают пилоны из металлических профилей сплошного сечения либо в виде плоских или пространственных решётчатых ферм из железобетонных элементов. Опоры под пилоны и для крепления несущих и ветровых канатов чаще всего выполняют из железобетона. На переходах висячих трубопроводов обычно устраивают смотровые мостики для обслуживания трубопровода во время эксплуатации и при ремонте. На висячих трубопроводах без мостика осмотр и ремонтные работы производятся с перемещающейся по монорельсу смотровой тележки. В висячих трубопроводах с относительно небольшой длиной пролётов нет необходимости в оттяжках или канатах для обеспечения горизонтальной жёсткости пролётных строений. При пролётах длиной 80 м и более необходимо увеличение поперечной жёсткости пролётных строений, для чего устраивают горизонтальные фермы, используя элементы эксплуатационного мостика. Парные несущие канаты на пилонах располагают на расстоянии нескольких метров, и к ним крепят трубопровод с помощью наклонных подвесок или специальных ветровых канатов. Ветровые канаты и оттяжки располагают по обе стороны висячих трубопроводов и крепят к специальным анкерным опорам или к тем же опорам, что и несущие канаты, с помощью специальных консольных выносов на пилонах. 12 Отношение стрелки провисания ветровых канатов к длине пролёта обычно в пределах от 1/12 до 1/24. Несущие и ветровые канаты для регулирования их длины в местах крепления к опорам снабжаются специальными устройствами (тальрепами, винтовыми приспособлениями и др.); длина подвесок и растяжек регулируется тальрепами. Рисунок 2 - Многопролетные переходы с пространственными решетчатыми пилонами, жестко связанными с бетонными опорами и шарнирным опиранием тросов 13 Рисунок 3 - средний пролет четырехпролетного перехода Трос диаметром 42 мм через шарнир опирается на вершины пилонов. Для обеспечения жесткости в горизонтальной плоскости с обеих сторон трубопровода натянуты ветровые тросы диаметром 23,5 мм, опирающиеся на трехметровые консольные выносы пилонов. Горизонтальные тросы поддерживаются наклонными подвесками. Все тросы на каждом берегу крепятся в одной бетонной анкерной опоре. Кроме несущего троса вершины пилонов связаны между собой отдельным тросом - затяжкой диаметром 16,5 мм. Аналогично описанному был построен другой висячий трехпро-летный переход газопровода диаметром 325 мм. Средний пролет перехода 85 м и крайние по 40 м. Расстояние от пилонов до анкерных опор 23 м. Как и на четырехпролетиом переходе, для уравновешивания усилий в тросах стрелы провисания несущего троса в крайних пролетах значительно меньше, чем в среднем. Все пилоны имеют одинаковую высоту, и поэтому в крайних пролетах появилась необходимость в установке длинных подвесок. Ветровые тросы, опирающиеся на консольные выносы пилонов на этом переходе, не поддерживаются в пролетах наклонными подвесками и поэтому слегка провисают. Опирание несущих и ветровых тросов на пилоны и консоли 14 шарнирное. Все тросы крепятся в общих опорах Пилоны болтами жестко связаны с опорами. С развитием трубопроводного транспорта в СССР строят все большее количество висячих переходов через крупные реки. Конструкция переходов совершенствуется, упрощается и облегчается. Надземные висячие переходы в ряде случаев становятся дешевле, подводных. Рациональный висячий однопролетный переход газопровода диаметром 500 мм, пролетом 130 м. Трубопровод поддерживается двумя тросами диаметром 59 мм. На пилонах тросы закреплены неподвижно в стальных отливках. Стрела провисания тросов 11,6 м. Боковая жесткость пролетного строения обеспечивается четырьмя парами оттяжек из тросов диаметром 30 мм, прикрепленных в каждой пятой части пролета. Пилоны связаны с опорой болтами. Небольшое перемещение вершин пилонов происходит за счет поворота в опорном сечении. Несущие и ветровые тросы закреплены в раздельных массивных бетонных опорах. Учитывая большое заглубление опор я наличие свайного основания, дешевле было бы устроить консоли и крепление всех тросов в общих опорах, т. е. вместо шести анкерных опор построить две. По концам перехода имеются компенсаторы, наклоненные к горизонту под углом 25-30°. В местах пилонов трубопровод лежит свободно, опираясь на скользящие опорные части. На рисунке 4 представлен висячий переход пролетом также 130 м, но с эксплуатационным пешеходным мостиком. Этот переход сложнее и тяжелее, чем переход, представленный на рисунке 3, а (без мостика), так как мостик увеличивает собственный вес и добавляет снеговую нагрузку. Переход имеет два несущих троса диаметром 46 мм, расположенных иа расстоянии 1,5 м один от другого. Стрела провисания тросов около /ю пролета. Расстояние от оси пилона до оси анкерной опоры 30 -И. Подвески расположены по длине пролета через 5 м. Несущие тросы на расстоянии 30 м 15 от пилонов связаны между собой распорками. Пилоны решетчатые, пространственные, имеют одинаковую ширину по высоте 2 м перпендикулярно оси перехода и треугольную форму по фасаду. Крепление пилонов к железобетонным опорам жесткое на болтах. Сверху пилонов тросы свободно лежат в пазах отливок, но благодаря большому давлению не перемещаются. Поскольку несущие тросы фактически оказываются соединенными с верхними частями пилонов, то изменение их длины вызывает изгиб жестко скрепленных с опорами пилонов. Пролетное строение имеет горизонтальные ветровые тросы, подобные несущим, диаметром 26 мм. Ветровые тросы опираются на концы металлических решетчатых консолей, жестко связанных с железобетонными опорами, и крепятся в тех же массивных бетонных анкерных опорах, что и несущие тросы. Расстояние от оси трубопровода до конца консолей 8,6 м. На концах консолей установлены отливки с пазом для ветрового троса, подобные отливкам на вершинах пилонов для несущих тросов. При изменении длины ветровых тросов (из-за большого трения в опорных частях) консоли несколько изгибаются, и в них возникают дополнительные напряжения, которые можно уменьшить при вращающихся опорных частях и устранить при качающихся пилонах. Ветровые тросы поддерживаются в горизонтальной плоскости наклонными оттяжка,ми, прикрепленными к уголкам перил. При раскачивании пролетное строение колеблется с частотой около 0,8 колебаний в секунду, с максимальной величиной амплитуды в четвертях пролета. К несущим тросам подвешен мостик, по осп которого на скользящих опорах уложен трубопровод диаметром 426 мм. В пяти местах по длине пролета трубопровод связан с конструкцией мостика хомутами. По концам перехода (за пилонами) трубопровод имеет компенсаторы, но не под углом к горизонту с одним коленом, а с двумя коленами; вначале трубопровод идет горизонтально, перпендикулярно оси 16 моста, а затем поворачивает вертикально вниз. При таком компенсаторе трубы помимо изгиба работают на скручивание. Эксплуатационный мостик, имеющий ширину 1,5 м, выполнен в виде горизонтальной фермы жесткости. Такое решение облегчает работу ветровых тросов, а при сравнительно небольших пролетах дает возможность от них отказаться. Рисунок 4 - Висячий переход трубопровода пролетом 120 м 17 Рисунок 5 – Схема конструкции вантового перехода трубопровода 18 4 Арочные переходы Арочные переходы трубопровода — разновидность надземных переходов, выполняемых в виде арки; сооружаются через различные препятствия. Наиболее часто арочные трубопроводы прокладывают при необходимости обеспечить заданные размеры пролёта в месте пересечения транспортных магистралей (шоссейных и железных дорог, судоходных каналов и т.п.). Арочные трубопроводы сооружаются также в тех случаях, когда установка промежуточных опор существенно увеличивает стоимость конструкции (при пересечении ущелий, глубоких оврагов и т.п.). Опоры арочных трубопроводов горизонтальных реакций; воспринимают под нагрузкой действие (от вертикальных собственного веса и и транспортируемого продукта) конструкция работает главным образом на сжатие, что позволяет увеличивать длину пролёта. По конструктивному исполнению различают арочные трубопроводы: без вспомогательных конструкций; с увеличенной жёсткостью (либо с помощью стоек и тросовых оттяжек, либо за счёт объединения двух и более связанных трубопроводов); с вспомогательными конструкциями, увеличивающими поперечную жёсткость; с прокладкой труб по арочному мосту. Действие вертикальных и горизонтальных реакций (распор) в арочном переходе передаётся либо непосредственно на прилегающий трубопровод, либо на специальные упоры. Простейшие однотрубные переходы арочных трубопроводов не требуют устройства опор, т.к. вертикальные нагрузки (от веса трубопровода с продуктом) передаются непосредственно на грунт. При значительной длине пролёта или сооружении трубопровода на слабых грунтах в качестве опор арочные трубопроводы используют железобетонные плиты. С целью облегчения монтажа арочные трубопроводы обычно выполняют из прямолинейных отрезков труб с гнутыми криволинейными 19 вставками. Длина перекрываемого пролёта однотрубного арочного трубопровода определяется поперечной устойчивостью арки, для увеличения которой связываются две (или более) трубы. При перекрытии пролётов значительной длины вместо одного трубопровода ставят два меньшего диаметра, которые связываются между собой распорками, а при необходимости укрепляются раскосами. Расстояние между трубопроводами зависит от длины пролёта и ветровой нагрузки. Поперечная и вертикальная жёсткость, а также общая несущая способность арочных трубопроводов увеличиваются различными вспомогательными конструкциями. Поперечная жёсткость однониточного перехода повышается при установке по бокам вспомогательных арок, что почти полностью разгружает основной трубопровод от ветровых нагрузок. Вспомогательные арки имеют меньшее сечение, с основной аркой связываются распорками. При наличии нескольких ниток трубопровода, каждая из которых имеет свой режим работы, а также при больших перепадах температуры транспортируемого продукта сооружают арочные трубопроводы с переходами, в которых трубопроводы не испытывают нагрузки; несущей конструкцией при этом обычно является арочный мост. При слабых грунтах, неустойчивых откосах и при больших расчетных пролетах в местах выхода трубопровода из грунта следует применять опоры из железобетонных плит. Рисунок 6 – Арочный двухпиточный переход трубопровода 20 Рисунок 7 – Арочный двухпиточный переход трубопровода (основной вид) 21 Заключение Надземные переходы имеют важное значение для транспорта нефти и газа. Их используют для прокладки трубопровода через естественные или искусственные препятствия (овраги, малые реки с крутыми берегами, каналы и арыки, горные реки с блуждающим руслом, горные выработки, оползни, многолетнемерзлые грунты, автомобильные и железные дороги и т. п.). Надземные переходы магистральных трубопроводов в зависимости от конструктивной схемы перекрытия пролетов бывают балочные, висячие и арочные. 22 Список используемых источников 1 Петров И. П., Cпиридонов B. B., Hадземная прокладка трубопроводов Mосква: Недра, 1973. – 253с. 2 [Электронный ресурс] - Официальный сайт – http://www.ngpedia.ru/index.html, Большая энциклопедия нефти и газа 3 [Электронный ресурс] - Официальный сайт – http://www.mining-enc.ru, Горная энциклопедия 4 [Электронный ресурс] - Официальный сайт –http://geoburo.ru, Техническое исследование надземных переходов трубопроводов 5 Данилов A.M. Магистральный трубопровод. - М.: Мир, 2005. - 288 с. 23
